(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211063867.2 (22)申请日 2022.08.31 (71)申请人 天津大学 地址 300350 天津市津南区雅观路13 5号 (72)发明人 王太勇　郑明良　田颖　赵茂翔　 (74)专利代理 机构 天津盈佳知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 12224 专利代理师 孙宝芸 (51)Int.Cl. G05B 19/05(2006.01) G06F 16/21(2019.01) G06F 16/25(2019.01) (54)发明名称 一种制造系统与装备虚拟调试平台、 方法、 设备及应用 (57)摘要 本发明属于制造系统中仿真数据处理技术 领域， 公开了一种制造系统与装备虚拟调试平 台、 方法、 设备及应用。 所述平台包括： 物理实体 控制单元， 虚拟控制单元， 数据传输中间件， 虚拟 制造系统作业环境单元， 智能制造信息管理与执 行系统， 以及系统运行可视化交互模块。 本发明 通过将规划的最优结果通过虚拟控制单元修订 程序输出， 建立虚拟调试与实际作业之间的数 据、 模型、 算法、 程序的高速、 忠实映射， 能够更高 效的实现制造系统与装备的智能化升级改造与 应用。 结合数字孪生理论， 本发明提供的数字孪 生驱动的制造系统与装备虚拟调试系统平台及 搭建方法， 响应多领域、 多环境下的调试需求， 提 高调试效果。 权利要求书2页 说明书7页 附图3页 CN 115291561 A 2022.11.04 CN 115291561 A 1.一种数字孪生驱动的制造系统与装备虚拟调试平台， 其特征在于， 所述数字孪生驱 动的制造系统与装备虚拟调试平台包括： 物理实体控制单元(1)， 用于真实运行物理控制逻辑， 并将运动控制指令， 生产过程运 行信号、 状态指令发送数据传输中间件(3)； 以及接收数据传输中间件(3)反馈的仿真传感 器信号、 生产流 程指令； 虚拟控制单元(2)， 与数据传输中间件(3)连接， 用于进行高拟实性的虚拟调试， 并通过 忠实映射物理控制 逻辑， 搭建生产过程事件处理虚拟逻辑， 使虚实空间运行程序格式一致 性； 还用于向数据传输中间件(3)发送运动控制指 令以及接收数据传输中间件(3)反馈的虚 拟仿真信号； 数据传输中间件(3)， 用于实现跨协议、 多粒度的数据集成， 通过数据库集成与功能数 据模型定义支撑虚拟调试平台的运行； 虚拟制造系 统作业环境单元(4)， 与数据传输中间件(3)连接， 用于通过提供的制造系 统与装备实体的孪生模型、 实际工况下 的生产环境要素模型、 面向生产目标 的算法模型以 及多模型协同的行为接口模 型， 向数据传输中间件(3)发送仿 真传感器信号， 以及接收数据 传输中间件(3)反馈的运动控制指令； 智能制造信息管理与执行系 统(5)， 与数据传输中间件(3)连接， 用于通过数据管理分 析与Web前端数据展示， 支撑系统的数据管理与运行状态监测； 向数据传输中间件(3)发送生产流程指令以及接收数据传输中间件(3)发出的生产状 态数据； 系统运行可视化交互模块(6)， 与虚拟制造系统作 业环境单元(4)连接， 用于用户交互， 向虚拟制 造系统作业环境单元(4)发送的参数调整数据， 以及接 收虚拟制造系统作业环境 单元(4)发出的仿真数据。 2.根据权利要求1所述的数字孪生驱动的制造系统与装备虚拟调试平台， 其特征在于， 所述物理实体控制单位(1)包括： PLC(1 ‑1)、 主数控系统(1 ‑2)、 机器人控制器(1 ‑3)以及环 境数据感知单 元(1‑4)； 所述PLC(1 ‑1)用于接收环境数据感知单元(1 ‑4)传输的信号， 并向主数控系统(1 ‑2)、 机器人控制器(1 ‑3)以及环境数据感知单 元(1‑4)发送作业总控指令； 所述主数控系统(1 ‑2)用于控制机床的运行状态； 所述机器人控制器(1 ‑3)用于控制机器人的运行状态； 所述环境数据感知单 元(1‑4)用于采集和整合机床、 机器人实际工况运行状况。 3.根据权利要求1所述的数字孪生驱动的制造系统与装备虚拟调试平台， 其特征在于， 所述虚拟控制单元(2)包括： 虚拟数控系统(2 ‑1)、 PLC虚拟编程环 境系统(2 ‑2)、 机器人虚拟 控制器(2 ‑3)以及生产过程事件处理器(2 ‑4)， 分别对虚拟环境下机床孪生体、 过程控制孪 生体、 机器人孪生体以及生产过程事 件孪生体的运行状态进行控制。 4.根据权利要求1所述的数字孪生驱动的制造系统与装备虚拟调试平台， 其特征在于， 所述虚拟制造系统作业环境单元(4)包括： 制造系统与装备实体的孪生模型模块(4 ‑1)、 实 际工况下的生产 环境要素模型模块(4 ‑2)、 面向生产目标的算法模型模块(4 ‑3)以及多模型 协同的行为接口模型模块(4 ‑4)； 所述制造系统与装备实体的孪生模型模块(4 ‑1)用于通过复杂工况下生产要素的行为权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115291561 A 2模型， 实现实际运行环境的可视化表征； 所述实际工况下的生产环境要素模型模块(4 ‑2)用于通过复杂工况下环境的行为模 型， 实现拟实描述实际生产过程； 所述面向生产目标的算法模型模块(4 ‑3)用于建立的多目标算法库实现调试过程的优 化； 所述多模型协同的行为接口模型模块(4 ‑4)用于针对复杂异构时变工况下的多源异构 信息感知与集成交 互， 实现即插即用式的数据共享。 5.根据权利要求1所述的数字孪生驱动的制造系统与装备虚拟调试平台， 其特征在于， 所述智能制造信息管理与执行系统(5)包括： 数据管理分析模块(5 ‑1)与Web前端数据展示 模块(5‑2)； 所述数据管理分析模块(5 ‑1)用于通过信息管理系统的数据库， 实现调试平台的数据 集成与收集； 所述WEB前端数据展示模块(5 ‑2)用于展示二维数据， 形成直观的数据统计分析功能， 交付给客户端。 6.一种实现如权利要求1 ‑5任意一项所述数字孪生驱动的制造系统与装备虚拟调试平 台的控制方法， 其特征在于， 该数字孪生驱动的制 造系统与装备虚拟调试控制方法包括以 下步骤： S1， 通过物理实体控制单元(1)与虚拟控制单元(2)运行生产逻辑， 通过数据传输中间 件(3)将制造系统与装备 的运动控制指令与生产过程运行状态、 信号转译传输到虚拟制 造 系统作业环境单 元(4)； S2， 通过反馈的仿真参数， 调节内嵌的虚拟控制单 元(2)控制逻辑； S3， 最终形成满足 实际生产工况 下的制造系统与装备升级及生产方案 。 7.一种计算机设备， 其特征在于， 所述计算机设备包括存储器和处理器， 所述存储器存 储有计算机程序， 所述计算机程序被所述处理器执行时， 使得所述处理器执行权利要求6所 述的数字 孪生驱动的制造系统与装备虚拟调试控制方法。 8.一种计算机可读存储介质， 存储有计算机程序， 所述计算机程序被处理器执行时， 使 得所述处理器执行权利要求6所述的数字 孪生驱动的制造系统与装备虚拟调试控制方法。 9.一种如权利要求1 ‑5任意一项所述数字孪生驱动的制造系统与装备虚拟调试平台在 制造设备组件拆装仿真上的应用。 10.一种如权利要求1 ‑5任意一项所述数字孪生驱动的制造系统与装备虚拟调试平台 在学生实训教学、 创新比赛虚拟仿真上的应用。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115291561 A 3